课程设计《半自动钻床》

机械原理课程设计说明书

设计题目 : 系 别 : 专 业 : 班 级 : 设 计 者 ：学 号 ：同组者姓名：指导教师 ：

半自动钻床 机电工程学院 机械设计制造及自动化

2007年7月15日

1

设计任务

学生姓名：

专业： 机械设计制造及其自动化

班级：

课程设计题目： 半自动钻床

指导教师：

目录

2

前言……………………………………………………………….. 第一章 概述及设计要求……………………………………….. 1.1功能要求及工艺动作流程图……………………………… 第二章 传动方案………………………………………………… 2.1拟定传动方案……………………………………………… 第三章 传动机构的选择………………………………… 第四章主要执行结构方案设计…………………………… 4.1定位机构………………………………………………… 4.2送料机构………………………………………………… 4.3进刀机构………………………………………………… 4.4形态学矩阵图…………………………………………. 第五章机械运动系统设计方案拟定…………………………… 5.1拟订的方案…………………………………………………. 第六章方案的评价……………………………………………… 6.1方案评价表

第七章系统设计数据处理………………………………………... 7.1方案的数据处理………………………………………… 7.2传动机构的尺寸设计及数据处理…………………………. 结束语

前言

随着科学技术、工业生产水平的不断发展和人们生活条件的不断改善，消费

3

者的价值观念变化很快，市场需求才出现多样化的特征，机械产品的种类日益增多，例如，各种金属切削机床、仪器仪表、重型机械、轻工机械、纺织机械、石油化工机械、交通运输机械、海洋作业机械、钢铁成套设备、办公设备、家用电器以及儿童玩具等等。同时，这些机械产品的寿命周期也相应缩短。

企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。新产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步，是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素。机械产品的设计是对产品的功能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算，并将其转化为具体的描述以作为制造的工作过程。其中机械产品的功能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式等内容是机械原理课程的教学内容。

当今世界，科学技术突飞猛进，知识经济已见端倪，综合国力的竞争日趋激烈。国力的竞争，归根结底是科技与人才的竞争。而机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要实践性教学环节，同时，又是机械类专业人才培养计划中一个相对独立的设计实践，在培养学生的机械综合设计能力及创新意识与能力方面，起着重要的作用。在课程设计中，它培养了学生 创新设计的能力。本次设计的是半自动钻床设计，以小见大，设计并不是门简单的课程，它需要同学们理性的思维和丰富的空间想象能力。

关键字： 半自动钻床 、进刀机构、送料机构、定位机构

4

第一章 概述及其设计要求 1.1设计要求及工艺动作流程

功能要求：

半自动钻床机能够实现送料、定位、固定、和钻空的一体化功能。设计要求的机床的长1000mm，宽为600mm，高为800mm，每分钟1件构件加工好。

半自动钻床机由送料机构，定位机构，固定机构，钻空机构以及电动机组成。 选择送料机构时要考虑到被加工的构件的形状，送料机构要以直线、间隙、定量地将要加工的构件送入加工台，可用来回往复移动构件走直线轨迹段推构件向前进，用定位机构来定住构件的要被加工的位置，加紧之后再钻，打好空退刀，退出时可以用送料机构送的构件推出加工台。

设计要求：

（1） （2） （3） （4）

半自动钻床至少包括凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。 设计传动系统并确定起传动比分配。

图纸上画出半自动钻床的机构运动方案简图和运动循环图

凸轮机构的计算。按各吐露机构的工作要求，自选从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用解析法计算理论廓线、实际廓线值，画出从动件运动规律图及凸轮廓线图。

半自动钻床总功能 工件供给 定位机构 工 作机构送料机构 钻头 休止 快进 控制机构 慢进 快退 5

第二章 传动方案

2.1拟定传动方案

机器一般由原动机、传动装置和工作机三部分组成如图２－１：

图２－１

1——电动机 2——联轴器 3——减速器

２.１.1 初步选择电机和分配各级传动比 （一）电动机的选择

选择电机类型： 电动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内机、蒸汽机、水轮机、气轮机、液动机等。电动机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多数是均采用电动机驱动。

电动机已经是系列化了，通常由专门的工厂按标准系列成批或大量生产。机械设计中应根据工作的载荷、工作的要求、工作的环境、安装的要求及尺寸、重量有无特殊限制等条件，从产品目录中选择电动机的类型和结构形式、容量和转速，确定具体的型号。

常用电动机的结构特征

Y系列三相异步电动机

该系列电机能防止水滴、灰尘、铁屑或其他杂物浸入电机内部，它是我国近年来研制成功的 型电动机。

电磁条速三相异步电动机

名称：YCD电磁调速三相异步电动机，有组合式和整体式两种机构。这两种调速电动

机为防护式，空气自冷，卧式安装，且无碳刷，集电环等滑动接触部件

6

择电动机的类型和结构型式。

择电动机的类型和结构型式

生产的单位一般用三相交流电源，如无特殊的要求（如在较大范围内平稳地调速，经常启动和反转等），通常都采用三相交流异步电动机。我国已制定了一标准的Ｙ系列是一般用途的全封闭的自扇冷鼠笼型三相异步电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀气体和无特殊要求的机械，如金属切削机床、风机、输送机、搅拌机、农业机械食品机械等。由于Ｙ系列还具有启动性好的优点，因此也适合某些对启动转矩要求较高的机械。

三相交流异步电动机根据其额定功率和满载转速的不同，具有系列型号。为适应不同的安装需要，同一类的电动机结构又制成若干种安装形式。各类型的电动机的参数和外型及安装尺寸可查手册。

选定电动机的容量：

电动机的容量选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常的工作，或使用电动机因长期的过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且常常不在满载下运行，其效率和功率的因数都较低，造成浪费。

电机的容量的主要由电动机的运行时的发热情况决定，而发热又与其工作情况决定。 工作机所需工作功率Pw，应由机器工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算：

TnKw 9550 其中：T——工作机的阻力矩，Nmm；

Pw n——工作机的转速，r/min；

传动装置的总效率0组成传动装置的各部分运动副效率之积，即 0123n

其中：1 2 3分别为轴承、齿轮、斜齿轮的传动效率

按推荐的传动比合理范围，取一级传动i1=20-50，二级圆柱直齿轮的传动比i2=4-6, 三级圆柱直齿轮的传动比i3=2-4,总的传动范围为40-200.

根据附Ⅱ。2选择Y系列三相异步电动机 经过综合考虑决定选用Y132S—8型号电动机

7

第三章传动机构的选择

各级传动机构的选择 考虑减小噪声、振动等方面的要求时，最好选用带传动。当原动机驱动主动轮时，由于带与带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。带传动具有结构简单、传动平稳、选价低廉以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。 带传动 3—1

图3-２带传动

8

链传动 链传动特点是轴间距范围大，传动比恒定，链条组成件间形成的油膜能吸振，对恶劣环境有一定的适应能力，工作可靠，作用在轴上的载荷小，运转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳。 图3-３链传动 齿轮传动机构

但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。

9

蜗杆传动机构

蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高速级，以获得较小的结构尺寸；同时，摩擦力大，发热大。同时蜗杆传动在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化，因而摩擦损失较大，效率低；

根据以上的分析比较，再结合要求的工作条件可以得到，在此采用带传动。

10

第四章 主要执行结构方案设计

4.1 定位机构

功能原理的工艺分解：

图

4——1

1———圆形凸轮机构 2——平底当板 3——工作台壁 4——固定夹头

5——加工零件 6——弹簧

该构件有1的转动来带动2的移动和6一起组合起来 ， 从而实现4加紧过程 。动力有圆形凸轮下面来带动。

11

4.2 送料

方案a：往复移动机构

1 —— 偏心轮机构 2 —— 滑块 3 —— 蜗杆 4 —— 料桶 5 —— 加工构件

该机构是实现送料的 ，由动力传到蜗杆 传到偏心轮上 ，带动偏心轮转动随之带动与轮相连的连杆在移动，连杆就推动滑块 来回往复移动。从而实现推料的过程，近而实现送料

方案b：空间齿轮机构实现往复移动

1——空间凸轮机构 2——滑板 3——料桶 4 ——加工构件

12

此机构主要以空间凸轮机构来实现水平的来回往复移动，动力传进来空间凸轮转动，随之动滑板的水平移动，随着移动会推动构件，从而实现送料过程。

其中不完全齿轮的外圈部分是由橡胶模具制成。 分析其原因如下： ① ②

使用外圈为橡胶齿的不完全齿轮，质地相对柔软，又有弹性。 如果橡胶齿磨损，可以及时更换。

对于进料凸轮，我们应当采用圆柱凸轮，从而使得再送料快进、快退时满足运动方程式：

(快进)s0[(/0)sin(2/0)/2]0303060（远休）0 ss0[1(/0')]sin(2/0')6090（快退）090360(近休)假设电动机所带动的主动轮的半径为r1，被带动的皮带轮的半径为r2。则两者之间应当满足传动关系式：i1,21n1r2rn。则可推导出211450，i1,21450 2n2r1r1n2橡胶齿轮与钢制齿轮的造价相比较，前者较为经济

4.3 进刀机构

图4——3

1——圆盘凸轮机构 2——扇形齿机构 3——齿条 4——齿轮

13

4．4形态学矩阵图

功能元 1 动力源 电动机 A1 减速2 蜗杆传动 B1 送料机构的运动 加紧器的间歇转动 定位杆的往复移动

系统解的可能方案数： F=5*5*5*5*3=1875 其中列出较为理想的两种： A1+B3+C1+D1+E1 A1+B3+C2+D3+E2

图4——4

不完全齿轮机构 C1 凸轮机构 D1 齿轮机构 E1 2 汽油机 A2 链传动 B2 功能元解 3 柴油机 A3 带传动 B3 4 液压机 A4 齿轮传动 B4 凸轮机构 C4 平面凸轮+正切机构 D4 5 汽动马达 A5 摆线针轮转动 B5 连杆机构 C5 空间凸轮+正切机构 D5 槽轮机构 曲柄滑块 C2 机构 C3 爪轮机构 齿型带机 D2 齿型带机构 E2 构 D3 凸轮机构 E5 14

第五章 机械运动系统设计方案拟定

5.1 拟定的方案

方案：

1---动力头 2----加工件 3、9、14-----原盘机构 4-----蜗轮 5、8------齿轮 6-----电动机 7-----连杆 10------滑块 11------工作台 12------齿条 13--------扇齿轮 15-----皮带 16-----齿轮

15

第六章 方案的评价

6.1方案评价表

对方案的评价表

序号 1 功能目标完成情况 评价项目 评价等级 很好 好 较好 不太好 不好 2 工作原理的先进性 先进 较先进 一般 落后 3 系统的工作效率 高 较高 一般 低 4 系统机械传动的精度 高 较高 一般 低 5 系统的复杂程度 简单 较复杂 复杂 6 系统方案的可靠性 可靠 较可靠 一般 不可靠 7 系统方案的新颖性 新颖 较新颖 一般 不新颖 评价尺度（评价分数） 10 8 5 3 0 10 8 4 0 10 8 4 0 10 8 4 0 10 5 0 10 8 4 0 10 8 4 0 16

8 系统方案的实用性 实用 一般 不实用 10 5 0 10 8 4 0 10 5 0 9 系统方案的经济成本 低 较低 较高 高 10 系统方案的环保问题 好 较好 不好

17

第七章 系统设计数据处理

7.1 根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图

机械运动循环图：

图7——1

凸轮轴转角名称送料定位夹紧进刀快进休止快进休止快进休止休止休止休止快退快退快退快进休止休止休止慢进快退休止

18

7.2 传动机构的尺寸设计及数据处理

为了保持切刀和棘轮机构经过一个周期的传动时间相等，而其他齿轮的传动不改变传动比，因此我采用减速器直接减速达到题目所、要求的转速。由上面2.1传动方案拟定中可知采用三级齿轮减速器

r19ω2n2i219r2ω19n19假设轮2的半径为r15z16n1516z15n16，假设齿数z280，r19160，因为电动机的

转速为n2960r/min，所以n19480r/min，因为n15=n19480r/min。对于齿轮

i15161680,z1520，则n16120r/min

又因为n17n16，因为输出的转速为40r/min，所以n1840r/min。以上的计算建立在初步的估计和假设上，所以可能不太准确，在实际设计中应根据实际情况进行灵活的修改。

19

结束语

紧张的课程设计顺利结束了。在这设计过程中，我从原来对本专业并不十分了解的状况下,开始系统的运用了所学的机械基础知识，加深了对专业知识的理解和掌握. 在设计的过程中，对机构的运动，机构的如何组成，机构图示的绘画等都产生了不同程度的疑问，通过自己冷静，独立的思考最后都得到了不同程度的解决。并且,培养了我查阅机械类书籍的能力,为我以后的学习打下了扎实的基础。

一星期的课程设计虽然辛苦，使我感觉到课程设计的必要性。因为他使我的收获不小。不仅使我了解的机械知识越来越多，而且使我的WORD和AUTO CAD 知识得到了提高，也初步地接触了其他一些机械方面的软件为我以后学习这些软件打下了一定的基础。在课程设计中，我的逻辑思维能力得到了培养，促进了我的形象思维与抽象思维能力的提高和对空间机构的想象能力。

机械学作为一门传统的基础学科，内容丰富，涉及面广。在新的历史条件下，机械学与电子电气、液压等多种学科，联系更为紧密，它的综合性更强。相信我们工科学生在进行了认识实习、金工实习、生产实习、课程设计、毕业实习，特别是以后的毕业设计对整个大学阶段的知识的掌握会更加牢固。同时在以后的学习中会不断拓宽自己的知识面，结合生产实际，一定能更好的掌握机械知识

我相信在进行了实习、金工实习、生产实习、课程设计、毕业实习，都在为以后的毕业设计作准备。我们只有认真的完成各种学实习和课程设计才能有一定的实战经验去更好地做以后的毕业设计。同时也是对自己在整个大学阶段的知识的掌握多少和自我能力的验证。在以后的学习中会不断拓宽自己的知识面，结合生产实际，一定能更好的掌握机械知识。

最后，非常感谢两位老师的关心指导和其他同学的协作！

参考文献：

[1]裘建新编著的《机械原理课程设计指导书》. 北京:高等教育出版社,2005 [ 2 ]机械工程手册电机工程手册编辑委员会编. 机械工程手册第59篇、冲压机械化与自动化. 北京：机械工业出版社.1982

[3]王知行,刘延荣 主编的《机械原理》.北京:高等教育出版社,2006

20